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DE1227994B - Optisches Magnetometer - Google Patents

Optisches Magnetometer

Info

Publication number
DE1227994B
DE1227994B DEV21968A DEV0021968A DE1227994B DE 1227994 B DE1227994 B DE 1227994B DE V21968 A DEV21968 A DE V21968A DE V0021968 A DEV0021968 A DE V0021968A DE 1227994 B DE1227994 B DE 1227994B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
absorption cell
frequency
absorption
optical
rubidium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEV21968A
Other languages
English (en)
Inventor
William Earl Bell
Arnold Lapin Bloom
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Varian Medical Systems Inc
Original Assignee
Varian Associates Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Varian Associates Inc filed Critical Varian Associates Inc
Publication of DE1227994B publication Critical patent/DE1227994B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/24Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance for measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/26Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance for measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using optical pumping

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
GOIr
Deutsche Kl.: 2Ie-12
Nummer: 1227 994
Aktenzeichen: V 21968IX d/21 e
Anmeldetag: 1. Februar 1962
Auslegetag: 3. November 1966
Es sind optische Magnetometer bekannt, bei denen in einer Absorptionszelle enthaltene Quantensysteme in dem zu messenden magnetischen Gleichfeld gyromagnetische Präzessionen ausführen und optische Strahlungsmittel durch die Absorptionszelle eine zirkulär polarisierte Strahlung leiten, deren Komponenten durch die magnetischen Unterniveaus der Quantensysteme schwankenden Absorptionen unterliegen. Auf die Absorptionszelle wird ein magnetisches Wechselfeld zur Einwirkung gebracht, und eine Photozellenanordnung spricht auf die Intensität der die Absorptionszelle durchsetzenden optischen Strahlung an und liefert ein Wechselstromausgangssignal, welches das auf die Absorptionszelle einwirkende magnetische Wechselfeld im Wege der Rückkopplung erzeugt und eine Frequenz hat, die der Präzessionsfrequenz der Quantensysteme entspricht und dadurch ein Maß für das zu messende magnetische Gleichfeld bildet. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der Zeitschrift »Scientific American«, Oktober 1960, Aufsatz »Optical Pumping« von A. L. Bloom beschrieben.
Die bekannte Anordnung zur magnetischen Feldstärkenmessung beruht auf einer gyromagnetischen Resonanzabsorption unter Ausnutzung eines durch Rückkopplung zum Selbstschwingen erzeugten optischen Pumpvorganges.
Der Grund für das Auftreten der hochfrequenten Wechselstromkomponente in dem Ausgangssignal der aus der Absorptionszelle bestehenden Vorrichrung liegt darin, daß die Elektronen bei ihrem Präzessionsvorgang während jeder Präzessionsperiode einmal besonders stark und einmal besonders gering auf die Zirkularpolarisation des Pumplichtes ansprechen.
Bei derartigen bekannten Magnetometeranordnungen, die nur eine Absorptionszelle und eine derselben zugeordnete Photozellenanordnung aufweisen, ergeben sich Nachteile der folgenden Art:
1. Die Phasenverschiebung zwischen dem Rückkopplungssignal, welches der Absorptionszelle zugeführt wird, und der Intensitätsmodulation des Lichtes, die zur Aufrechterhaltung der Intensitätsmodulationsschwingungen führt, ist abhängig von der relativen Lage des gleichsinnig gerichteten zu messenden magnetischen Feldes zu der Richtung des zirkulär polarisierten Lichtstrahles. Im günstigsten Fall, in welchem der zu dem zu messenden Feld senkrechte resonanzfrequente magnetische Feldvektor die gleiche Richtung wie der Lichtstrahl hat, ergibt sich eine Phasenverschiebung von + 90° bei einer bestimmten Richtung des Lichtstrahles und eine Phasenverschie-Optisches Magnetometer
Anmelder:
Varian Associates, Palo Alto, Calif. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,
München-Solln, Franz-Hals-Str. 21
Als Erfinder benannt:
William Earl Bell, Palo Alto, Calif.;
Arnold Lapin Bloom,
Menlo Park, Calif. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 2. Februar 1961 (86 697)
bung von —90° bei der entgegengesetzten Richtung des Lichtstrahles. Dieser Effekt wird »Halbkugeleffekt« genannt und äußert sich störend auf die Schwingungserzeugung, z. B. bei auf Flugzeugen angeordneten Geräten.
2. Die Resonanzlinie, welche eine optische Absorption in Abhängigkeit der Frequenz des magnetischen Wechselfeldes, welches auf die Absorptionszelle ausgeübt wird, darstellt, ist tatsächlich in mehrere im engen Abstand voneinander liegende Linien aufgespalten, was sich durch die geringen Unterschiede der Frequenztrennung der verschiedenen magnetischen Unterniveaus ergibt. Da im allgemeinen der Beitrag der verschiedenen Linien nicht gleich ist, wirkt sich die gesamte Absorptionslinie als eine unsymmetrische Linie aus, wobei die Linienform von der Richtung des Lichtstrahles in bezug auf das gleichsinnig gerichtete Magnetfeld abhängig ist. Wenn daher das Instrument gedreht wird, so wird ein kursabhängiger Fehler in die Messung eingeführt, der auf Frequenzänderungen zurückgeht, die die sich selbst aufrechterhaltenden Schwingungen aufweisen.
Um diesen nachteiligen Erscheinungen entgegenzuwirken, sieht ein älterer Vorschlag vor, daß mindestens zwei Absorptionszellen mit je einer denselben zugeordneten Photozellenanordnungen vorgesehen sind und daß die von der einen Photozellenanord-
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nung erzeugten Ausgangssignale über Kreuz der an- geleitet, die vorzugsweise aus zwei getrennten Ab-
deren Absorptionszelle im Sinne einer Rückkopplung sorptionskammern besteht. Die Lichtquelle 11 ist
zugeführt werden. Es werden dabei zwei Lichtquellen eine Entladungslampe, die eine Strahlung hoher spek-
verwendet, die entgegengesetzten Sinn der zirkulären traler Reinheit verbunden mit geringer Störstrahlung
Polarisation in bezug auf das zu bestimmende .ma- 5 liefert. Eine solche Entladungslampe besteht aus einer
gnetische Gleichfeld aufweisen. Ideinen Entladungsröhre 13, in der natürlicher Rubi-
Bei dieser Anordnung ergibt es sich, daß die diumdampf, mit einem Zündmittel, beispielsweise Atome der magnetischen Unterniveaus, welche nicht Kryptongas, untermischt, vorgesehen ist, wobei eine den einen Lichtstrahl absorbieren, durch den ande- Spule 9 eine hochfrequente Entladung bewirkt. Die ren Lichtstrahl absorbiert werden, so daß die optische io Spule 9 wird von einem Oszillator 18 erregt. Die Absorptionsresonanzlinie in einer Zelle das optische Lichtstrahlung durchsetzt nacheinander ein InterSpiegelbild der Linie in der anderen Zelle ist und die ferenzfilter 14, welches die D2-Linie von 7800 A aus beiden Linien zusammengesetzte Linie im unterdrückt, während die 7980 Α-Linie D1 hindurchwesentlichen symmetrisch ist. Die Erfindung bildet gelassen wird, zu dem Zweck, daß letztere den opdiese Technik in der Weise aus, daß nur eine einzige 15 tischen Pumpvorgang bewirkt. Eine aus plastischem Lampe als Quelle des Pumplichtes benötigt wird. Material bestehende Fresnel-Kollimatorlinse 15, ein
Ein optisches Magnetometer, bei dem die in einer unterteilter zirkulär polarisierender Polarisator 16,
Absorptionszelle enthaltenden Quantensysteme in 16', eine Absorptionszelle 12, eine zweite Kollimator-
dem zu messenden magnetischen Gleichfeld gyro- linse 17 und eine Photozelle 19, auf die die Strahlung
magnetische Präzessionen ausführen und bei dem 20 fokussiert wird, sind im Strahlengang vorgesehen. Die
optische Strahlungsmittel durch die Absorptionszelle . Photozelle kann beispielsweise ein Mosaik von SiIi-
eine zirkulär polarisierte Strahlung leiten, deren kon-Solarzellen sein, die schindelartig zusammen-
Komponenten schwankenden Absorptionen durch die gelötet sind.
magnetischen Unterniveaus der Quantensysteme Die Absorptionszellen 12 enthalten Rubidiumunterliegen, unter Anwendung eines auf die Absorp- 25 dampf, und zwar zweckmäßigerweise isotopisch antionszelle einwirkenden magnetischen Wechselfeldes gereicherten Dampf Rubidium 85 oder Rubidium 87, und einer Photozellenanordnung, die auf die Inten- der mit einem Puffergas, beispielsweise Neongas, sität der die Absorptionszelle durchsetzenden opti- untermischt ist, zu dem Zweck, eine Desorientierung sehen Strahlung anspricht und ein Wechselstromaus- durch Zusammenstöße mit der Wand zu verringern gangssignal liefert, welches das auf die Absorptions- 30 und dadurch eine größere Relaxationszeit und demzelle einwirkende magnetische Wechselfeld im Wege entsprechend schmalere Linienbreiten und eine der Rückkopplung erzeugt, wobei die Frequenz des höhere Empfindlichkeit zu erzielen. Wenn Rubierzeugten Wechselstromsignals der Präzessions- dium 85 verwendet wird, so wird das polarisierte und frequenz der Quantensysteme entspricht und dadurch ausgefilterte Licht mit einer Präzessionsgeschwindigein Maß für das zu messende magnetische Gleich- 35 keit von 4,66 Hz pro Gamma moduliert; bei Rubifeld bildet, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dium 87 beträgt die Modulation 7 Hz pro Gamma, dadurch, daß die Strahlung eine in zwei Teile ver- Dementsprechend ergibt sich in einem erdmagneschiedener Polarisationseigenschaften unterteilte Po- tischen Feld von 0,5 Gauß erne Präzessionsgeschwinlarisatoranordnung durchläuft und die beiden ver- digkeit von 233 kHz im Fall von Rubidium 85. Die schieden polarisierten Strahlungskomponenten in 40 Intensitätsmodulation wird durch die Photozellen 19 gleicher Richtung parallel durch die Absorptionszelle in ein elektrisches Wechselstromsignal der gleichen geleitet werden, die vorzugsweise aus zwei je von Frequenz umgewandelt, und dieses Signal wird in einer der verschieden polarisierten Komponenten dem Verstärker 31 verstärkt und auf die Absorptionsdurchsetzten Kammern besteht. zelle durch die koaxiale Spulenwicklung 12' in Form
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in 45 eines magnetischen Wechselfeldes rückgekoppelt zu
einer Ablesevorrichtung für ein Magnetometer der dem Zweck, daß erzwungene Präzessionen der Rubi-
vorstehend erörterten Art, dessen Ableseskala von diumatome aufrechterhalten werden. Das Rückkopp-
der Orientierung unabhängige Meßwerte liefert. lungssignal hat eine Frequenz, die proportional der
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfin- Intensität des gleichsinnig gerichteten magnetischen
dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei- 5° zu messenden Feldes ist, und diese Frequenz wird in
bung der beispielsweisen Ausführung der Erfindung einem Anzeigeinstrument 36 zur Anzeige gebracht,
•unter Bezugnahme auf die Figuren. Von den Figuren das eine Überlagerung der Schwingungen eines Kri-
zeigt Stalloszillators von einer Frequenz, die dem Bezugs-
F i g. 1 eine schematische Darstellung eines schwin- feld entspricht, vorsieht, wobei zweckmäßigerweise
genden Magnetometers gemäß der Erfindung, bei 55 ein Analog-Frequenzmeßgerät mit einem Registrier-
dem ein unterteilter Polarisator Anwendung findet, gerät gekoppelt ist. Es können aber auch andere Me-
F i g. 2 eine schematische Darstellung einer der- thoden zur Messung der Rückkopplungsfrequenz als
artigen Magnetometeranordnung, die Absorptions- Maß für das zu bestimmende magnetische Feld an-
zellen mit angereichertem Rubidium 85 bzw. Rubi- gewendet werden.
dium 87 aufweist, _ - 60 Der zirkularpolarisierende Polarisator ist in zwei
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Magnetometer- Hälften gespalten, so daß die eine Hälfte 16 des
anzeigeanordnung gemäß der Erfindung, Polarisators ein zirkularer Polarisator mit linker
Fig. 4 und 5 zwei Ausführungsformen einer Polarisation ist und die andere Hälfte 16'ein zirku-
Magnetometeranordnung mit parallel zueinander larer Polarisator mit rechter Polarisation ist; die
angeordneten Absorptionszellen. 65 beiden Polarisatorhälften haben im wesentlichen
In Fig. 1 ist die das Rubidiumlicht erzeugende gleiche Durchlässigkeit und gleiche Polarisations-Lichtquelle mit 11 bezeichnet, und es wird der Licht- fähigkeit. Der Lichtstrahl wird auf diese Weise in strahl durch die Rübidiumdampfabsorptionszelle 12 zwei entgegengesetzt polarisierte Strahlteile zerlegt,
die getrennte Kammern der Absorptionszelle 12 durchsetzen und in der Photozelle 19 zusammengefaßt werden und die gewünschte symmetrische Absorptionslinie geben. Es ist zu beachten, daß die Anwendung einer einzigen Lichtquelle, deren Strahlung geteilt wird, um die beiden Drehsinne der zirkulären Polarisation in bezug auf das gleichsinnig gerichtete magnetische Feld zu erzeugen, ebenfalls den durch Abhängigkeit vom Kurswinkel bedingten Fehler verringert, wenn ein optisches Magnetometer der vorstehend erörterten Art Anwendung findet.
Um die Bedingung für die Aufrechterhaltung der Schwingungen sicherzustellen, sollte die totale Phasenverschiebung in der Absorptionszelle 12, der Photozelle 19 und dem Verstärker 21 Null sein. Da die Phasenverschiebung in der Absorptionszelle 12 90° ist, ist eine Gesamtphasenverschiebung in der Photozelle 19 und dem Verstärker von 270° erforderlich. Für Felder, die größer als etwa 10 000 Gamma sind, ist die Parallelkapazität des der Silizium-Mosaikphotozelle 17 äquivalenten Stromkreises hinreichend, um eine Phasenverschiebung von 90° zu geben, so daß der Verstärker eine Phasenverschiebung von 180° haben muß. Bei niedrigen Feldern können kompensierende Netzwerke verwendet werden, welche die Abweichung der Phasenverschiebung der Photozelle gegenüber 90° kompensieren.
Wenn das Meßinstrument gedreht wird, so daß die relative Richtung des Lichtstrahles in bezug auf das gleichsinnig gerichtete magnetische Feld umgekehrt wird, so wird die Phasenverschiebung in der Absorptionszelle 12 durch den vorstehend erwähnten Halbkugeleffekt umgekehrt, und das Instrument wird nicht länger schwingen.
In F i g. 2 ist eine weitere Methode zur Verwendung von zwei in Serie geschalteten Absorptionszellen gezeigt, die dem Zweck, den Halbkugeleffekt zu vermeiden, dienen.
In F i g. 2 enthält die Absorptionszelle 33 angereichert isotopisches Rubidium 85 und die zweite Rubidiumdampfzelle 34 enthält isotopisch angereichertes Rubidium 87, wobei eine einzige Lampe 11' mit natürlichem Rubidium Anwendung findet. Die Hochfrequenzwicklungen 33' und 34' umgeben die Zellen 33 und 34 und sind gegensinnig gewickelt, so daß die Phasenverschiebung durch die eine Zelle Schwingungen in der einen Halbkugel aufrechterhalten kann und die Phasenverschiebung in der anderen Zelle für die Aufrechterhaltung der Schwingungen in der anderen Halbkugel geeignet ist. Da die Präzessionsfrequenzen für die beiden Isotopen wesentlich verschieden sind, ergeben sich keine magnetischen Resonanzpräzessionen in der Absorptionszelle, deren Phasenverschiebung nicht für die Schwingungen geeignet wären, so daß die Intensitätsmodulation des Lichtes nicht gestört wird. Wenn das Meßinstrument die magnetischen Halbkugeln wechselt, so werden kontinuierlich die Schwingungen aufrechterhalten, obwohl das steuernde Isotop und daher die Präzessionsfrequenzen ausgetauscht werden. Ein Merkmal dieser optischen Schwingungen liegt darin, daß eine Frequenzverschiebung als Anzeige für die Richtung des äußeren magnetischen Feldes dienen kann. Es ist ferner zu beachten, daß der unterteilte Zirkularpolarisator 16, 16' in Fortfall kommen kann bei dieser Ausführungsform, wenn der durch Abhängigkeit vom Kurswinkel bedingte Fehler nicht von Belang ist oder durch andere Mittel unterdrückt wird.
In Fi g. 3 ist ein Blockschaltbild einer Anzeigevorrichtung für ein Magnetometer gemäß F i g. 2 dargestellt, wobei der Anzeigewert von der Orientierung unabhängig ist. Das in dem Blockschaltbild bei 60 zugeführte Signal ist das Ausgangssignal des Verstärkers 31 der F i g. 2. Das Signal wird auf zwei ähnliche Wege aufgespalten, wobei der Unterschied der beiden Wege lediglich in der Signalfrequenz liegt.' Betrachtet man zunächst den oberen Weg, so ist zu
ίο beachten, daß die Mischstufe 61 das von dem Rubidium 85 gelieferte Signal des Verstärkers mit den Ausgangsschwingungen des Kristalloszillators 62 mischt. Das Ausgangssignal der Mischstufe 61 wird einem Tiefpaßfilter 63 zugeleitet und einem Frequenzmeßgerät 64 und einem der optischen Anzeige dienenden Registriergerät 65. Nimmt man zunächst an, daß das Magnetometer mit dem gleichsinnig gerichteten Magnetfeld ausgerichtet ist, so daß die Modulation sich durch Rubidium 85 im Erdfeld bei einer Intensität von 50 000 Gamma ergibt, so ist das Ausgangssignal des Verstärkers 31, welches der Mischstufe zugeführt wird, von der Frequenz 233 kHz (4,66 Hz pro Gamma). Dieses Signal wird mit der konstanten Ausgangsfrequenz 232 kHz des Kristall-Oszillators 62 gemischt. Das Tiefpaßfilter, daß beispielsweise ein Niederfrequenztransformator sein kann, leitet nur die Differenzfrequenz von 1 kHz weiter. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 63 wird dem Frequenzmeßgerät 64 zugeführt, welches ein Gleichstromausgangssignal liefert, das der Frequenz des Eingangssignals proportional ist. Das Ausgangssignal des Frequenzmeßgerätes wird dem Registriergerät 65 zur optischen Anzeige der Stärke des Magnetfeldes zugeführt.
Geht man nun wiederum auf die Eingangsklemme 60 zurück und nimmt man an, daß die Richtung des Instrumentes um 180° gedreht wurde, so werden die Schwingungen jetzt durch die Rubidium-87-Zelle moduliert mit einer Frequenz 7 Hz pro Gamma. Das Ausgangssignal des Verstärkers hat jetzt bei 50 000 Gamma die Frequenz 350 kHz. Das Ausgangssignal wird in der Mischstufe 61' mit den Schwingungen des Kristalloszillators 62' gemischt, der eine Ausgangsfrequenz von 349 kHz hat. Das Ausgangssignal der Mischstufe hat die Differenzfrequenz 1 kHz. Diese Frequenz wird durch das Tiefpaßfilter 63' weitergeleitet. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 63' wird dem Ratemeter 64' zugeleitet, welches zwei Drittel der Ausgangsfrequenz des Rubidium-85-Ratemeters hat, so daß die Ausgangssignale beider Ratemeter in einem vorgegebenen Feld gleich sind. Es wird dann das Ausgangssignal des Ratemeters 64' dem Registriergerät zugeleitet.
Die Schaltungsanordnung ist so bemessen, daß ein dynamischer Bereich von ungefähr 1% des erdmagnetischen Feldes von 50 000 Gamma mit einer Empfindlichkeit von 0,01 Gamma sich ergibt. Dies gibt für geophysikalische Geländeuntersuchungen sehr günstige Verhältnisse. Wenn ein schwächeres magnetisches Feld gemessen werden soll, so wird zweckmäßig ein anderer Kristalloszillator verwendet, um die Differenzfrequenz in der Mischstufe auf weniger als 2 kHz zu halten.
Weitere Magnetometer mit nur einer Absorptionszelle sind in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Das Licht der Lampe 20 wird in zwei Strahlen aufgespalten. Der eine Strahl wird durch den linksdrehenden zirkulär polarisierenden Polarisator 21 geleitet und durch-
setzt die Kammer 22 der Absorptionszelle 25; der andere Strahl wird durch den rechtsdrehenden zirkulär polarisierenden Polarisator 23 geleitet und durchsetzt die Kammer 24 der Absorptionszelle. Die beiden Strahlen werden von der Photozelle 26 aufgenommen. In F i g. 4 wird die Präzessionsfrequenz der Intensitätsmodulation des aufgenommenen Lichtes in dem Verstärker 31 verstärkt und der Hochfrequenzwicklung 28 zugeführt zu dem Zweck, Schwingungen bei einer Frequenz aufrechtzuerhalten, die ein Maß für die Intensität des gleichsinnig gerichteten Feldes ist. In F i g. 5 wird die bekannte Methode verwendet, eine Resonanz mit einem lokalen Hochfrequenzgenerator 29 auszunutzen. Die Resonanzbedingung wird mit einer niedrigen Frequenz moduliert, beispielsweise durch die Frequenz des Durchlaufgenerators 30, welcher den Generator 29 moduliert. Schwankungen des aufgenommenen Lichtes von der Durchlauffrequenz werden in dem Verstärker 31 verstärkt und dem Phasendetektor 32 zugeführt, der von dem Durchlaufgenerator 30 ein Bezugssignal zugeführt erhält. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 30 ist ein Abweichungssignal und wird der Abstimmvorrichtung 35 zugeführt, so daß die Frequenz des Hochfrequenzgenerators bei dem Resonanzwert des gleichsinnig gerichteten Magnetfeldes gehalten wird. Die Intensität dieses Feldes wird dann entweder durch die Größe des Abweichungssignals oder durch die Frequenz des Hochfrequenzgenerators angezeigt. ■ Es. ist offensichtlich, daß die erfindungsgemäßen Anordnungen auch für andere Zwecke anwendungsfähig sind, bei denen die Ausrichtung von Alkaliatomen oder ähnlichen geeigneten Quantensystemen durch die Absorption einer optischen Strahlung angezeigt wird, die solche charakteristischen Spektraleigenschaften hat, daß unterschiedliche Absorption in unterschiedlichen Unterniveaus sich ergibt.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Optisches Magnetometer, bei dem die in einer Absorptionszelle enthaltenen Quantensysteme in dem zu messenden magnetischen Gleichfeld gyromagnetische Präzessionen ausführen und bei dem optische Strahlungsmittel durch die Absorptionszelle eine zirkulär polarisierte Strahlung leiten, deren Komponenten schwankenden Absorptionen durch die magnetischen Unterniveaus der Quantensysteme unterliegen, unter '" Anwendung eines auf die Absorptionszelle einwirkenden magnetischen Wechselfeldes und einer Photozellenanordnung, die auf die Intensität der die Absorptionszelle durchsetzenden optischen Strahlung anspricht und ein Wechselstromausgangssignal liefert, welches das auf die Absorptionszelle einwirkende magnetische Wechselfeld im Wege der Rückkopplung erzeugt, wobei die Frequenz des erzeugten Wechselstromsignals der Präzessionsfrequenz der Quantensysteme entspricht und dadurch ein Maß für das zu messende magnetische Gleichfeld bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung eine in zwei Teile verschiedener Polarisationseigenschaften unterteilte Polarisationsanordnung durchläuft und die beiden verschieden polarisierten Strahlungskomponenten in gleicher Richtung parallel durch die Absorptionszelle geleitet werden, die vorzugsweise aus zwei je von einer der verschieden polarisierten Komponenten durchsetzten Kammern besteht.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unterteilte Polarisator Zirkularpolarisation entgegengesetzten Drehsinnes liefert.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Quantensystemen bestehende Gruppe Alkaliatome in Dampfform sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in nahem Abstand zueinander zwei optische Absorptionszellen vorgesehen sind, die Gruppen von Quantensystemen enthalten, welche in einem gleichsinnig gerichteten Magnetfeld mit verschiedener Frequenz Präzessionen ausführen.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionszellen angereichert Rubidium 85 bzw. Rubidium 87 enthalten.
6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für das von der Photozellenanordnung erzeugte Wechselstromsignal zwei Kanäle vorgesehen sind, von denen der eine Kanal das Ausgangssignal der Rubidium-85-Absorptionszelle und der andere Kanal das Ausgangssignal der Rubidium-87-Absorptionszelle verarbeitet, und daß die beiden Kanäle für die Zwecke der optischen Wiedergabe ein gemeinsames Registriergerät steuern.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Kanäle einen Überlagerungsoszillator und eine Mischstufe und ein Niederfrequenzfilter sowie ein Ratemeter aufweist, wobei die Ratemeter die Gleichstromausgangssignale erzeugen, die dem Registriergerät als Meßgrößen für das zu messende gleichgerichtete Magnetfeld zugeführt werden.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1177112;
»Annales de Radioelectricite«, Bd. XVI, Nr. 63 vom Januar 1961, S. 3 bis 8;
»Electronics« vom 5. August 1960, S. 2.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
609 7097134 10.66 © Bundesdruckerei Berlin
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NL (1) NL274229A (de)

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1489742A1 (de) * 1964-05-18 1969-04-03 Ceskoslovenska Akademie Ved Schaltungsanordnung eines Superstabilisators eines magnetischen Feldes
US3381214A (en) * 1965-12-23 1968-04-30 Honeywell Inc Constant current source employing a paramagnetic resonance current to frequency converter
US3495161A (en) * 1967-01-19 1970-02-10 Varian Associates Optically driven atomic resonator systems employing means for modulating the sense of rotational polarization of the pumping light
US3629694A (en) * 1970-11-23 1971-12-21 Atlantic Richfield Co Method and apparatus providing a difference signal indicative of radiation absorption in a magnetometer
US3818322A (en) * 1973-05-03 1974-06-18 Atlantic Richfield Co Airborn magnetic survey system using two optical magnetometers alternately switched to align with the field during the survey
US4063158A (en) * 1975-12-29 1977-12-13 Rca Corporation Gaussmeter
US4126823A (en) * 1977-12-22 1978-11-21 Dalton Murphy L Jun Magnetic field detection apparatus
US4433291A (en) * 1981-01-09 1984-02-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Optical fiber for magnetostrictive responsive detection of magnetic fields
US4639093A (en) * 1984-03-02 1987-01-27 United Technologies Corporation Switchable bandwidth filter
US4822149A (en) * 1984-03-02 1989-04-18 United Technologies Corporation Prismatic ferroelectric beam steerer
US4576441A (en) * 1984-03-02 1986-03-18 United Technologies Corporation Variable fresnel lens device
US4636799A (en) * 1985-05-03 1987-01-13 United Technologies Corporation Poled domain beam scanner
US4706094A (en) * 1985-05-03 1987-11-10 United Technologies Corporation Electro-optic beam scanner
FR2663429B1 (fr) * 1990-06-14 1992-09-11 Commissariat Energie Atomique Magnetometre a resonance et a pompage optique utilisant une polarisation sequentielle.
FR2713347B1 (fr) * 1993-12-01 1995-12-29 Commissariat Energie Atomique Magnétomètre à polarisation lumineuse et à champ de radiofréquence couplés.
JP5640490B2 (ja) * 2010-06-21 2014-12-17 セイコーエプソン株式会社 原子発振器
JP6270744B2 (ja) 2012-02-22 2018-01-31 ジオメトリクス インコーポレイテッド 量子力学的測定装置および量子力学的測定方法
US9726733B2 (en) 2012-02-22 2017-08-08 Geometrics, Inc. Optical magnetometers
US10338161B2 (en) * 2013-11-29 2019-07-02 Universitaet Zu Luebeck Method for magnetic particle imaging having unlimited axial field of view
US11193990B2 (en) 2017-04-19 2021-12-07 Texas Instruments Incorporated Integrated microfabricated alkali vapor cell sensor with reduced heading error
US10976386B2 (en) 2018-07-17 2021-04-13 Hi Llc Magnetic field measurement system and method of using variable dynamic range optical magnetometers
US11262420B2 (en) 2018-08-17 2022-03-01 Hi Llc Integrated gas cell and optical components for atomic magnetometry and methods for making and using
WO2020040882A1 (en) 2018-08-20 2020-02-27 Hi Llc Magnetic field shaping components for magnetic field measurement systems and methods for making and using
US10627460B2 (en) 2018-08-28 2020-04-21 Hi Llc Systems and methods including multi-mode operation of optically pumped magnetometer(s)
US11237225B2 (en) 2018-09-18 2022-02-01 Hi Llc Dynamic magnetic shielding and beamforming using ferrofluid for compact Magnetoencephalography (MEG)
US11294008B2 (en) 2019-01-25 2022-04-05 Hi Llc Magnetic field measurement system with amplitude-selective magnetic shield
EP3924743A1 (de) 2019-02-12 2021-12-22 Hi LLC Neuronale rückkopplungsschleifenfilter für magnetoenzephalografie (meg)-systeme mit verstärktem dynamikbereich und verfahren
WO2020168405A1 (pt) * 2019-02-18 2020-08-27 Ibbx Inovação Em Sistemas De Software E Hardware Ltda Sistema gerador de ressonância e método para captar sinais oscilatórios
EP3948317A1 (de) 2019-03-29 2022-02-09 Hi LLC Integrierte magnetometeranordnungen für magnetoenzephalographie(meg)-detektionssysteme und verfahren
US11269027B2 (en) 2019-04-23 2022-03-08 Hi Llc Compact optically pumped magnetometers with pump and probe configuration and systems and methods
US11698419B2 (en) 2019-05-03 2023-07-11 Hi Llc Systems and methods for concentrating alkali metal within a vapor cell of a magnetometer away from a transit path of light
US11839474B2 (en) 2019-05-31 2023-12-12 Hi Llc Magnetoencephalography (MEG) phantoms for simulating neural activity
US11131729B2 (en) 2019-06-21 2021-09-28 Hi Llc Systems and methods with angled input beams for an optically pumped magnetometer
US11415641B2 (en) 2019-07-12 2022-08-16 Hi Llc Detachable arrangement for on-scalp magnetoencephalography (MEG) calibration
US10996293B2 (en) 2019-08-06 2021-05-04 Hi Llc Systems and methods having an optical magnetometer array with beam splitters
US11747413B2 (en) 2019-09-03 2023-09-05 Hi Llc Methods and systems for fast field zeroing for magnetoencephalography (MEG)
WO2021091867A1 (en) 2019-11-08 2021-05-14 Hi Llc Methods and systems for homogenous optically-pumped vapor cell array assembly from discrete vapor cells
RU198180U1 (ru) * 2019-11-22 2020-06-22 Открытое акционерное общество "Центральное научно-производственное объединение "Ленинец" Неориентируемый квантовый радиооптический магнитометр
US11801003B2 (en) 2020-02-12 2023-10-31 Hi Llc Estimating the magnetic field at distances from direct measurements to enable fine sensors to measure the magnetic field from the brain using a neural detection system
US11604236B2 (en) 2020-02-12 2023-03-14 Hi Llc Optimal methods to feedback control and estimate magnetic fields to enable a neural detection system to measure magnetic fields from the brain
US11980466B2 (en) 2020-02-12 2024-05-14 Hi Llc Nested and parallel feedback control loops for ultra-fine measurements of magnetic fields from the brain using a neural detection system
US11872042B2 (en) 2020-02-12 2024-01-16 Hi Llc Self-calibration of flux gate offset and gain drift to improve measurement accuracy of magnetic fields from the brain using a wearable neural detection system
US11977134B2 (en) 2020-02-24 2024-05-07 Hi Llc Mitigation of an effect of capacitively coupled current while driving a sensor component over an unshielded twisted pair wire configuration
US11428756B2 (en) 2020-05-28 2022-08-30 Hi Llc Magnetic field measurement or recording systems with validation using optical tracking data
US11779251B2 (en) 2020-05-28 2023-10-10 Hi Llc Systems and methods for recording neural activity
WO2021242682A1 (en) 2020-05-28 2021-12-02 Hi Llc Systems and methods for recording biomagnetic fields of the human heart
US11766217B2 (en) 2020-05-28 2023-09-26 Hi Llc Systems and methods for multimodal pose and motion tracking for magnetic field measurement or recording systems
US11604237B2 (en) 2021-01-08 2023-03-14 Hi Llc Devices, systems, and methods with optical pumping magnetometers for three-axis magnetic field sensing
US11803018B2 (en) 2021-01-12 2023-10-31 Hi Llc Devices, systems, and methods with a piezoelectric-driven light intensity modulator
US12007454B2 (en) 2021-03-11 2024-06-11 Hi Llc Devices, systems, and methods for suppressing optical noise in optically pumped magnetometers

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1177112A (fr) * 1957-06-01 1959-04-21 Commissariat Energie Atomique Perfectionnement aux méthodes de mesure des champs magnétiques par résonance nucléaire

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2955262A (en) * 1957-12-10 1960-10-04 Itt Gas cell for frequency selective system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1177112A (fr) * 1957-06-01 1959-04-21 Commissariat Energie Atomique Perfectionnement aux méthodes de mesure des champs magnétiques par résonance nucléaire

Also Published As

Publication number Publication date
GB964028A (en) 1964-07-15
NL274229A (de)
US3257608A (en) 1966-06-21

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